Renaldi L. Kereh, Abrar Riza, Harto Tanujaya (2022) Analisis Karakteristik Pengering Sampah Organik Tipe Tray Dryer dengan Pendekatan CFD. Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia, 7 (7)
E-ISSN: 2548-1398 Published by: Ridwan Institute
Syntax  Literate:  Jurnal  Ilmiah  Indonesia  p–ISSN:  2541-0849 e-ISSN: 2548-1398 Vol. 7, No. 7, Juli 2022

## ANALISIS  KARAKTERISTIK  PENGERING  SAMPAH  ORGANIK TIPE  TRAY DRYER DENGAN PENDEKATAN CFD

## Renaldi L. Kereh, Abrar Riza, Harto Tanujaya
Fakultas Teknik, Universitas Tarumanagara, Jakarta, Indonesia. Email: renaldi.515170032@stu.untar.ac.id, abrarr@ft.untar.ac.id, hartotan@ft.untar.ac.id

## Abstrak
Jumlah penduduk yang tinggi menyebabkan konsumsi pangan yang tinggi sehingga produksi  sampah  organik  juga  meningkat.  Pengolahan  sampah  adalah  proses transformasi  sampah  baik  secara  fisik,  kimia  maupun  biologis.  Teknik-teknik pengolahan  sampah  dapat  berupa  pengomposan,  insenerasi,  daur  ulang,  serta biogasifikasi.  kadar  air  yang  tinggi  pada  sampah  organik  menyebabkan penenurunan  efisiensi  pembakaran  oleh  karena  itu  dibutuhkan  perlakuan  awal berupa  pengeringan. Tray  dryer adalah  salah  satu  alat  pengering  tipe batch yang paling  banyak  digunakan  karena  desainnya  yang  sederhana  serta  biaya  konstruksi yang  rendah.  Ketidakseragaman  kadar  air  akhir  pada  produk  yang  dikeringkan menjadi  permasalahan  utama  dari  alat  pengering  tipe tray  dryer Penelitian  ini dilakukan  untuk  mengetahui  pengaruh  pola  distribusi  udara  dan  suhu  serta menganalisis karakteristik tray dryer dengan menggunakan Software Computational Fluid Dynamics yaitu  ANSYS  FLUENT.  Simulasi  dilakukan dengan  variasi  kecepatan  udara  pada  saluran    masuk  1  m/s,  1.5  m/s  dan  2  m/s dengan  suhu  udara  100 o C.  Hasil  simulasi  distribusi  udara  dan  suhu  pada  ruang pengering direpresentasikan berupa kontur velositas udara, suhu dan tekanan statis. Dari hasil simulasi menunjukkan bahwa distribusi suhu secara merata terjadi pada kecepatan udara inlet sebesar 2 m/s.
Kata Kunci: suhu, tray dryer , simulasi CFD, velositas udara.

## Abstract
High  population  causes  high  food  consumption  so  that  the  production  of  organic waste  also  increases.  Waste  processing  is  the  process  of  transforming  waste physically, chemically and biologically. Waste processing techniques can be in the form  of  composting,  incineration,  recycling,  and  biogasification.  High  water content  in  organic  waste  causes  a  decrease  in  combustion  efficiency,  therefore pretreatment  is  needed  in  the  form  of  drying.  The  Tray  dryer  is  one  of  the  most widely  used  batch-type  dryers  due to  its simple  design  and low  construction cost. The  non-uniformity  of  the  final  moisture  content  in  the  dried  product  is  the  main problem of the tray dryer. This study was conducted to determine the effect of the air  distribution  pattern  and  temperature  and  to  analyze  the  characteristics  of  the tray  dryer  using  Computational  Fluid  Dynamics  software,  namely  ANSYS FLUENT. Simulations were carried out with variations in air velocity at the inlet of 1  m/s,  1.5  m/s  and  2  m/s  with  an  air  temperature  of  100 o C.  The  results  of  the
simulation  of  the  distribution  of  air  and  temperature  in  the  drying  chamber  are represented in the form of contours of air velocity, temperature and static pressure and show tha the temperature distribution evenly occurs at the inlet air velocity of 2 m/s.
Keywords: tray dryer , temperature, CFD Simulation, air velocity.

## Pendahuluan
Indonesia  sebagai  negara  agraris  memiliki  lahan  pertanian  yang  luas  dengan sumber  daya  alam  beraneka  ragam  dan  berlimpah  dan  sebagian  besar  penduduknya bekerja  pada  bidang  pertanian.  Produk  dalam  bentuk  pangan  berupa  tumbuhan  adalah hasil  dari  kegiatan  agrikultur  untuk  memenuhi  kebutuhan  utama  masyakarat.  Jumlah penduduk  yang  tinggi  menyebabkan  konsumsi  pangan  yang  tinggi  sehingga  produksi sampah organik juga meningkat. Berdasarkan data dari Kementrian Lingkungan Hidup dan  Kehutanan  (KLHK)  (2020)  bahwa  produksi  sampah  nasional  telah  mencapai 185.000  ton  per  hari  atau  setara  dengan  total  produksi  sampah  nasional  67,8  ton  per tahun dimana komposisi sampah didominasi oleh sampah organik, yakni mencapai 60% dari total sampah.
Pengolahan sampah dapat didefinisikan sebagai proses transformasi sampah baik secara  fisik,  kimia  maupun  biologi.  Teknik-teknik  pengolahan  sampah  dapat  berupa pengomposan,  insenerasi,  daur  ulang  serta  biogasifikasi (Badan  Standarisasi  Nasional, 2002) .  Berbagai  metode  dikembangkan  dalam  mengelolah  sampah  organik.  sisa  hasil pertanian  salah  satunya  dengan  memanfaatkan  sampah  organik  sebagai biofuels yang dapat digunakan pada proses insenerasi, pirolisis serta gasifikasi (Tursi, 2019 ). Namun kadar  air  yang  tinggi  pada  sampah  organik  menyebabkan  penenurunan  efisiensi pembakaran  karena  sebagian  energi  panas  digunakan  untuk  menguapkan  air  sehingga suhu  di  ruang  bakar  menurun  oleh  karena  itu  dibutuhkan  perlakuan  awal  berupa pengeringan (Naryono  &  Soemarno,  2013) .  Pengeringan  umumnya  menggambarkan proses  penghilangan  zat  volatil  (kadar  air)  secara  termal  dimana  terjadi  perpindahan panas  dan  massa  secara  simultan  untuk  menghasilkan  produk  padat (Anwar  & Panggabean,  2018;  Mujumdar,  2014) .  Optimalisasi  kualitas  sampah  dengan pengeringan  dapat  menawarkan  banyak  manfaat,  penyimpanan  yang  lebih  mudah, transportasi  yang  lebih  mudah  dan  pengurangan  biaya  pembuangan,  peningkatan  nilai kalor bahan bakar limbah untuk peningkatan efisiensi termal (Tun & Juchelková, 2019) . Tray Dryer adalah  salah  satu  alat  pengering  tipe batch yang  paling  banyak digunakan  karena  desainnya  yang  sederhana  serta  biaya  konstruksi  yang  rendah. Konfigurasi tray dryer terdiri dari susunan beberapa nampan dengan sistem pengeringan konveksi dimana udara panas dialirkan pada susunan nampan dalam suatu ruang yang di isolasi  untuk  mengeringkan  produk.  Ketidakseragaman  kadar  air  akhir  pada  produk yang  dikeringkan  menjadi  permasalahan  utama  dari  alat  pengering  tipe tray dryer dimana  produk  yang  terletak  pada  nampan  yang  dekat  dengan inlet udara  padas  lebih
kering dibandingkan dengan produk pada nampan lainnya (Misha, Mat, Ruslan, Sopian, & Salleh, 2013) .
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh pola distribusi udara dengan variasi kecepatan udara pada saluran masuk ( inlet ) 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s dengan suhu  udara  100 o C  serta  menganalisis  karakteristik tray  dryer dengan  menggunakan Software Autodesk Fusion dan Computational  Fluid  Dynamics (CFD)  yaitu  ANSYS FLUENT.  Adapun  batasan  masalah  pada  penelitian  ini  yaitu  penelitian  ini  dilakukan menggunakan data sekunder untuk mengetahui pengaruh dengan variabel perfoma Tray dryer yaitu kecepatan udara dan suhu udara pada saluran masuk ( inlet ) dalam keadaan kosong.

## Metode Penelitian
Penelitian  dilakukan  dengan  metode  simulasi  menggunakan software ANSYS FLUENT  ( student  version ).  Simulasi  meliputi  serangkaian  tahap  yang  diawali  dengan pengumpulan  data  sekunder  berupa  desain  alat  pengering  tipe tray  dryer ,  kecepatan udara dan suhu kemudian dilanjutkan pada proses simulasi untuk mengetahui pengaruh pola  distribusi  udara  pada  suhu  ruang  pengering  kemudian  diakhiri  dengan    penyajian hasil simulasi berupa plot kontur aliran udara, suhu dan tekanan pada ruang pengering tray dryer .

## Persamaan yang digunakan dalam CFD:
Persamaan  yang  digunakan  dalam  proses  simulasi  mengggunakan  software ANSYS  FLUENT  untuk  menentukan  sifat  karakteristik  dari  domain  fluida  dan perhitungan  secara  numerikal  adalah  persamaan  kontinuitas,  energi,  konservasi momentum  dan  model  turbulen  k-ε (Escudier,  2018;  Pozrikidis,  2016;  Tabatabaian, 2015) .
• Persamaan Kontinuitas:
• Persamaan Momentum ( steady state ):
Momentum arah x:
Momentum arah y:
Momentum arah z:
• Persamaan Energi:
• Persamaan Turbulen k-ε:

## Simulasi CFD pengering Tipe Tray Dryer
Proses  simulasi  diawali  dengan preprocessing yaitu    membuat  model  geometri dari tray  dryer .  Pembuatan  geometri  dilakukan  dengan  menggunakan  software  Fusion 360.  Kemudian  dilanjutkan  pada  proses meshing yang  termasuk  dalam Preprocessing dan dilanjutkan pada tahap Solver dan Postprocessing .
Preprocessing
1. Pembuatan Model Geometri Tray dryer .
Tahap preprocessing diawali  dengan  pembuatan  geometri tray  dryer kemudian  ditentukan  saluran  masuk( inlet )  dan  saluran  keluar  ( outlet )  dan  dinding pada fluid region (zona fluida) pada software ANSYS Space Claim. Geometri tray dryer dibuat  berdasarkan  dimensi  yang  didapatkan  dari  jurnal  “Equipment  Sizing and Method for the Application of Exhaust Gas Waste Heat to Food Crops Drying Using  a  Hot  Air Tray  dryer ” (Ononogbo,  2020) dan  dilanjutkan  pada  proses meshing ..
Tabel 1 Dimensi Tray dryer Spesifikasi Ukuran (m) Panjang 0.650 Lebar 0.5 Tinggi 840 Jarak antar nampan 0.2 Nampan ( tray ) 0.5 x 0.65 Tebal nampan 0.003 Diameter lubang pada nampan 0,03 Pitch lubang pada nampan 0,04

## Gambar 1
Model Geometri tray dryer Tray 1 Tray 2 Tray 3 Outlet Inlet

## Solver
Pada  tahap solver dilakukan  pemilihan  model  simulasi  pada  bagian setup yaitu material , boundary  condition untuk  aliran  udara  dan  suhu  yang  kemudian  dilanjutkan dengan  proses  perhitungan  pada  tahap solution .  Model  yang  digunakan  pada  simulasi dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Konfigurasi Setup Setup Keterangan General-Solver Type : Pressure Based Velocity : Absolute Time : Steady Gravity : ON X(m/s 2 ): 0 Y(m/s 2 ): -9,81 Z(m/s 2 ): 0 Models Energy ON Turbulence Model k-ε, standard wall Material Fluid Udara Solid Aluminium Boundary Condition Inlet (Velocity Inlet) Kecepatan Udara : 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s Suhu: 100 o C Outlet(Pressure Outlet) Gauge Pressure= 0

## Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan simulasi yang telah dilakukan dengan menggunakan software ANSYS ( Student Version ) diperoleh hasil simulasi berupa kontur distribusi udara dan suhu pada ruang  pengering  dengan  variasi  kecepatan  udara  pada inlet 1  m/s,  1,5  m/s  dan  2  m/s dengan suhu udara 100 o C (373.15 K). Digunakan plane XY pada posisi Z=0.25m pada sumbu X.
Hasil Simulasi Distribusi Udara

## Gambar 2
Kontur distribusi udara pada Plane XY dengan kecepatan udara 1 m/s.
Gambar 3
Kontur distribusi udara pada Plane XY dengan kecepatan udara 1,5 m/s.

## Gambar 4
Kontur distribusi udara pada Plane XY dengan kecepatan udara 2 m/s.
Pada kontur kecepatan udara hasil simulasi dengan variasi kecepatan udara inlet 1  m/s,  1,5  m/s  dan  2  m/s,  dapat  dilihat  bahwa  udara  masuk  melalui inlet kemudian mengalami penurunan sebelum melewati tray 3 hal ini terjadi karena adanya perbahan momentum pada aliran udara saat bertumbukan dengan permukaan dinding tray 3 yang menyebabkan terjadinya perubahan arah aliran dan membentuk pola pusaran dan tidak melewati tray 3 dan terjadi penurunan kecepatan udara namun aliran udara pada bagian tengah  mengalami  kenaikan  kecepatan  yang  disebabkan  oleh  perubahan  luas penampang  dan  terjadi  perubahan  tekanan  yang  menyebabkan  kecepatan  udara meningkat  pada  saat  melewati  lubang-lubang  pada tray 3.  Aliran  udara  mengalami penurunan  kecepatan  seiring  dengan  bertambahnya  ketinggian  namun  kecepatan  udara mengalami  peningkatan  saat  melewati  lubang-lubang  pada tray .  Udara  yang  mengalir sebelum melewati tray 2 bertumbukan dengan permukaan dinding menyebabkan aliran udara  tersebar  pada  bagian  sisi  kiri  dan  kanan  dan  membentuk  pola  pusaran.  Sesudah melewati tray 2  kecepatan  udara  mengalami  penurunan  dan  terjadi  perubahan  arah aliran  setelah  melewati tray 2  yang  menyebabkan  udara  tersebar  pada  area tray 1  dan mengalami  kenaikan  kecepatan  saat  melewati  lubang-lubang  pada tray 1.  Udara mengalami  perubahan  kecepatan  secara  signifikan  pada  saat  sebelum memasuki outlet
dan meningkat secara signifikan pada saat melewati outlet ini disebabkan karena adanya perubahan tekanan yang menyebabkan kecepatan udara meningkat.
Kontur  kecepatan  udara  hasil  simulasi  variasi  kecepatan  udara inlet 1  m/s menunjukkan bahwa kecepatan udara pada bagian tengah sesudah udara melewati tray 3 berada  pada  kisaran  0,5  m/s  hingga  1  m/s  dan  kecepatan  udara  saat  melewati tray 2 adalah  0,2  m/s  hingga  0,4  m/s  dan  mengalami  perubahan  arah  aliran  sehingga  udara tersebar namun mengalami penurunan kecepatan saat melewati tray 1 dimana kecepatan udara berada pada kisaran 0,15 m/s. Berdasarkan kontur kecepatan udara hasil simulasi variasi kecepatan udara inlet 1,5 m/s dapat dilihat bahwa kecepatan udara pada bagian tengah sesudah udara melewati tray 3 berada pada kisaran 0,8 m/s hingga 1,5 m/s dan kecepatan  udara  saat  melewati tray 2  adalah  0,45  m/s  hingga  0,6  m/s  dan  mengalami perubahan arah aliran sehingga udara tersebar namun mengalami penurunan  kecepatan saat  melewati tray 1  dimana  kecepatan    udara  berada  pada  kisaran  0,25  m/s  sesudah melewati tray 1.
Pada kontur kecepatan udara hasil simulasi dengan variasi kecepatan udara inlet 2 m/s dapat dilihat bahwa kecepatan udara pada bagian tengah sesudah udara melewati tray 3  berada  pada  kisaran  1,3  m/s  hingga  1,9  m/s  dan  kecepatan  udara  saat  melewati tray 2  adalah  0,7  m/s  hingga  0,9  m/s  dan  mengalami  perubahan  arah  aliran  sehingga udara  tersebar  namun  mengalami  penurunan  kecepatan  saat  melewati tray 1  dimana kecepatan udara berada pada kisaran 0,4 m/s sesudah melewati tray 1.
Hasil Simulasi Distribusi Suhu
Gambar 5
Kontur distribusi suhu pada Plane XY dengan kecepatan udara 1 m/s (Suhu Udara 100 o C).
Gambar 6
Kontur distribusi suhu pada Plane XY dengan kecepatan udara 1,5 m/s (Suhu
Udara 100 o C).
Gambar 7
Kontur distribusi suhu pada Plane XY dengan kecepatan udara 2 m/s (Suhu
Udara 100 o C).
Kontur distribusi suhu hasil simulasi dengan variasi kecepatan udara inlet 1 m/s, 1,5 m/s dan 2 m/s dengan suhu udara 100 o C menunjukkan bahwa distribusi suhu masih terpusat pada bagian tengah ruang pengering dan tidak terdistribusi secara merata pada sisi kiri dan kanan tray 3 karena udara dari inlet mengalami penurunan kecepatan saat bertumbukan  dengan  dinding tray 3  membuat  sebagian  besar  aliran  udara  tidak melewati tray 3  sehingga  aliran  udara  hanya  terpusat  pada  bagian  tengah tray . Fenomena  yang  sama  terjadi  ketika  udara  akan  melewati tray 2  namun  saat  udara melewati  lubang  pada tray 3  terjadi  perubahan  arah  aliran  udara  sehingga  suhu  pada tray 2  mulai  terdistribusi  secara  merata  dan  menyebar  pada  sisi  kiri  dan  kanan  ruang pengering hingga pada tray 1. Berdasarkan hasil simulasi diperoleh nilai suhu rata-rata tray 1, tray 2 dan tray 3 dengan variasi kecepatan udara inlet 1 m/s,  1,5 m/s dan 2 m/s yang ditunjukkan pada Tabel 3 .
Tabel 3
Suhu rata-rata tray 1, tray 2 dan tray 3 hasil simulasi.
Kecepatan Udara pada Inlet (suhu udara 100 o C) Tray 1 ( o C) Tray 2 ( o C) Tray 3
( o C) 1 m/s 59,8 65,04 67,2 1,5 m/s 62,4 68,37 70 2 m/s 69,8 70,6 72,1

## Kesimpulan
Berdasarkan hasil simulasi distribusi udara dan suhu pada ruang pengering tray dryer  dengan  variabel  kecepatan  udara inlet 1  m/s,  suhu  di  dalam  ruang  pengering belum terdistribusi secara merata dengan suhu rata-rata tray 1, tray 2 dan tray 3 adalah 59,8 o C, 65,04 o C dan 67,2 o C .
Hasil simulasi distribusi udara dan suhu pada ruang pengering tray dryer dengan variabel kecepatan udara inlet 2 m/s, suhu di dalam ruang pengering terdistribusi secara merata dengan suhu rata-rata tray 1, tray 2 dan tray 3 adalah 69,8 o C, 70 o C dan 72,1 o C. Berdasarkan  hasil  simulasi  dengan  variasi  kecepatan  udara inlet 1  m/s,  1.5  m/s dan 2 m/s, distribusi udara dan suhu yang baik di dalam ruang pengering alat pengering tipe tray dryer terjadi pada variasi kecepatan udara inlet 2 m/s dengan suhu udara 100 o C dimana kecepatan udara berpengaruh terhadap karakteristik tray dryer yaitu suhu rata- rata ruang pengering dan suhu rata-rata pada tray 1, tray 2 dan tray 3.

## BIBLIOGRAFI
Anwar,  Chairil,  &  Panggabean,  Sulastri.  (2018). Kajian  Distribusi  Suhu  dan  Aliran Udara  Pada  Alat  Pengering  Chips  Temulawak  Tipe  Rak  Menggunakan  Simulasi Computational  Fluid  Dynamics  (CFD) .  Universitas  Sumatera  Utara. Google Scholar
Badan  Standarisasi  Nasional.  (2002). Tata  Cara  Teknik  Operasional  Pengelolaan Sampah Perkotaan . (ICS 27.180), 1. Retrieved from http://portal.acm.org/citation.cfm?doid=1833349.1778770 Google Scholar Escudier,  Marcel.  (2018).  Introduction  to  engineering  fluid mechanics. Introduction  to Engineering Fluid Mechanics , 59 , 1–577. https://doi.org/10.1093/oso/9780198719878.001.0001 Google Scholar
Misha,  S.,  Mat,  S.,  Ruslan,  M.  H.,  Sopian,  K.,  &  Salleh,  E.  (2013).  Review  on  the application of a tray dryer system for agricultural products. World Applied Sciences
Journal , 22 (3), 424–433. https://doi.org/10.5829/idosi.wasj.2013.22.03.343
Google Scholar
Mujumdar, Arun S. (2014). Handbook of Industrial Drying. In Arun S. Mujumdar (Ed.),
Handbook of Industrial Drying, Fourth Edition . https://doi.org/10.1201/b17208
Naryono,  Eko,  &  Soemarno,  Soemarno. (2013).  Pengeringan  Sampah  Organik  Rumah Tangga. Indonesian Green Technology Journal , 2 (2), 61–69. Google Scholar
Ononogbo,  C.  (2020).  Equipment  Sizing  and  Method  for  the  Application  of  Exhaust Gas Waste Heat to Food Crops Drying Using a Hot Air Tray Dryer. Indian Journal of Science and Technology , 13 (5), 502–518. https://doi.org/10.17485/ijst/2020/v13i05/145593 Google Scholar
Pozrikidis,  Constantine.  (2016). Fluid  dynamics:  theory,  computation,  and  numerical simulation. Google Scholar
Tabatabaian,  Mehrzad.  (2015). CFD  module .  Mercury  Learning  and  Information. Google Scholar
Tun,  Maw  Maw,  &  Juchelková,  Dagmar.  (2019).  Drying  methods  for  municipal  solid waste  quality  improvement in  the  developed  and  developing  countries:  A  review.
Environmental Engineering Research , 24 (4), 529–542. https://doi.org/10.4491/eer.2018.327 Google Scholar Tursi, Antonio. (2019). A review on biomass: Importance, chemistry, classification, and conversion. Biofuel Research Journal , 6 (2), 962–979. https://doi.org/10.18331/BRJ2019.6.2.3 Google Scholar

## Copyright holder:
Renaldi L. Kereh, Abrar Riza, Harto Tanujaya (2022)

## First publication right:
Syntax Literate: Jurnal Ilmiah Indonesia
This article is licensed under: